Creation of size-specific nanoparticle-containing, high-efficiency, low-cost, disposable organic and inorganic thin-film solar cells

创建含有特定尺寸纳米粒子的高效、低成本、一次性有机和无机薄膜太阳能电池

基本信息

批准号：
22K14717
负责人：
植田泰之
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Oyama National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

有機物と無機物を複合したハイブリット薄膜太陽電池の低コスト、且つ高透過性を有する全塗布型有機無機太陽電池の開発を目的としている。本年度は特に、n型半導体に亜鉛酸化物を用いた電荷輸送層の相分離構造制御による電化分離/高効率化を中心に研究を実施した。p型半導体高分子としてP3HTもしくはPEDOTFをドナー材料、アクセプター材料として無機酸化物半導体を用いて、太陽電池素子を作製し、電荷分離及び電荷輸送が発現することを確認した。まず、P3HTをドナー材料、アクセプター材料として亜鉛酸化物/チタンアルコキシドとした時、既存のチタンアルコキシドのみを用いた場合に比べ、解放端電圧が増加することを確認した。酸化亜鉛粒子の飽和限界電流の比較から、電荷分離後の再結合確率が減少したためであると推測できる。更に短波長吸収材料であるPEDOTFをドナー材料として採用した際には、金属酸化物半導体との組み合わせにより、P3HTを用いた場合に比べ、さらに開放端電圧が増加することを確認した。本結果より、PEDOTFと亜鉛酸化物の組み合わせはエネルギーレベルの整合性については電荷分離の発現に十分であることが明らかとなった。一方、チタンアルコキシドのみをアクセプター材料として用いた場合に比べ、短絡電流密度が低下していることから、キャリアー輸送性が低いことが推測できる。そこで、SP値を指標とした相分離構造制御手法を用いて改善を試みた結果、異なるSP値の溶媒を用いることにより短絡電流密度が変化することを確認した。高SP値溶媒を用いることにより、短絡電流密度が増加することを見出した。今後は、引き続き最適な発電素子の探索と混合溶媒による検討を行い、高効率化を目指すと共に、サイズ別亜鉛酸化物粒子を添加した条件検討を実施する予定である。

该项目的目的是开发一种低成本、高透明度的全涂层有机-无机太阳能电池，这是一种将有机和无机材料结合在一起的混合薄膜太阳能电池。今年，我们通过控制使用氧化锌作为n型半导体的电荷传输层的相分离结构，将研究重点放在电荷分离/高效率上。使用P3HT或PEDOTF作为p型半导体聚合物作为施主材料，无机氧化物半导体作为受主材料，我们制造了太阳能电池元件，并确认发生了电荷分离和电荷传输。首先，我们确认当氧化锌/钛醇盐用作P3HT的供体和受体材料时，与仅使用钛醇盐时相比，开路电压增加。通过比较氧化锌颗粒的饱和极限电流，可以推断这是由于电荷分离后复合概率降低所致。此外，当使用短波长吸收材料PEDOTF作为供体材料时，确认与使用P3HT时相比，当与金属氧化物半导体组合时开路电压甚至增加得更多。这些结果表明，PEDOTF 和氧化锌的组合在能级一致性方面足以实现电荷分离。另一方面，由于短路电流密度低于仅使用钛醇盐作为受主材料时的情况，因此可以推断载流子传输性较低。因此，我们尝试使用以SP值作为指标的相分离结构控制方法来改善这一点，结果证实，通过使用不同SP值的溶剂，短路电流密度会发生变化。我们发现使用高 SP 值溶剂会增加短路电流密度。未来，我们将继续寻找最佳发电元件并研究混合溶剂，以提高效率，并计划研究添加不同尺寸氧化锌颗粒的条件。

项目成果

期刊论文数量（1）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Morphology Control of Organic-Inorganic Hybrid Materials for Thin Film Bulk-Heterojunction Solar Cell based on Metal-alkoxide

基于金属醇盐的薄膜体异质结太阳能电池有机无机杂化材料的形貌控制

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Iwakami ; N. Hatsugai ; T. Kato ; Y. Ueda ; K. Nishii ; K. Tokumaru ; K. Ogata ; H. Kanematsu ; Y. Asai ; T. Fukumoto
通讯作者：
T. Fukumoto

有機無機ハイブリッド太陽電池に関する研究～TiOx-ZnO複合電子アクセプターの利用～

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